Công suất âm thanh – Sound power

Công suất âm thanh là gì?

Công suất âm thanh (hay công suất âm) là tốc độ mà năng lượng âm thanh được phát ra, phản xạ, truyền đi hoặc nhận được, trên một đơn vị thời gian. Nó được định nghĩa là “qua một bề mặt, tích của áp suất âm thanh và thành phần vận tốc hạt, tại một điểm trên bề mặt theo hướng vuông góc với bề mặt, được tích phân trên bề mặt đó.” Đơn vị SI của công suất âm thanh là watt (W). Nó liên quan đến công suất của lực âm thanh trên một bề mặt bao quanh một nguồn âm thanh, trong không khí. Nói một cách đơn giản là nó cho biết tổng lượng năng lượng âm thanh mà một nguồn âm thanh phát ra theo mọi hướng trong một khoảng thời gian nhất định.

Đối với một nguồn âm thanh, không giống như áp suất âm thanh, công suất âm thanh không phụ thuộc vào phòng cũng như không phụ thuộc vào khoảng cách. Áp suất âm thanh là một thuộc tính của trường tại một điểm trong không gian, trong khi công suất âm thanh là một thuộc tính của nguồn âm thanh, bằng tổng công suất phát ra bởi nguồn đó theo mọi hướng. Công suất âm thanh đi qua một diện tích đôi khi được gọi là thông lượng âm thanh hoặc thông lượng âm qua diện tích đó.

Công suất âm thanh càng lớn thì âm thanh phát ra càng mạnh (không liên quan đến cao độ của âm thanh, đó là tần số).

Làm sao để đo được công suất âm thanh

Công suất âm thanh có thể được xác định từ các phép đo áp suất âm thanh hoặc cường độ âm thanh.

Có hai phương pháp để xác định công suất âm thanh từ các phép đo áp suất âm thanh, phương pháp trực tiếp và phương pháp so sánh. Phương pháp trực tiếp thường được sử dụng nhất trong các môi trường về cơ bản là trường tự do, nhưng nó cũng có thể được sử dụng trong trường âm thanh vang. Tuy nhiên, phương pháp so sánh chỉ được sử dụng trong các trường âm thanh vang.

Các quy định thường chỉ định một phương pháp đo lường tích hợp áp suất âm thanh trên một bề mặt bao quanh nguồn. LWA chỉ định công suất được cung cấp cho bề mặt đó tính bằng decibel so với một picowatt. Các thiết bị (ví dụ: máy hút bụi) thường có các yêu cầu về nhãn mác và lượng tối đa mà chúng được phép tạo ra. Thang đo A-weighting được sử dụng trong tính toán vì số liệu liên quan đến độ lớn âm thanh theo cảm nhận của tai người. Các phép đo theo tiêu chuẩn ISO 3744 được thực hiện tại 6 đến 12 điểm xác định xung quanh thiết bị trong không gian bán phản âm (hemi-anechoic). Môi trường thử nghiệm có thể được đặt trong nhà hoặc ngoài trời. Môi trường yêu cầu là trên mặt đất cứng trong một không gian mở lớn hoặc buồng bán phản âm (trường tự do trên một mặt phẳng phản xạ).

Khi mức áp suất âm thanh trung bình đã được xác định cho bề mặt đo. Mức công suất âm thanh có thể được tính toán bằng cách điều chỉnh theo tỷ lệ diện tích bề mặt so với diện tích bề mặt tham chiếu là 1 m2. Đây là nơi mức công suất âm thanh bằng mức áp suất âm thanh.

Phương pháp so sánh có một chút khác biệt. Trong phương pháp này, một nguồn âm thanh tham chiếu có mức công suất âm thanh đã biết và ổn định được sử dụng. Các phép đo áp suất âm thanh được thực hiện trong phòng thử nghiệm với cả nguồn âm thanh tham chiếu đang hoạt động và thiết bị đang thử nghiệm đang hoạt động. Mức công suất âm thanh của thiết bị đang thử nghiệm sau đó có thể được tính toán bằng cách so sánh các mức áp suất âm thanh đo được với từng nguồn âm thanh.

Tổng hợp các công thức tính công suất âm thanh

Để sử dụng công suất âm thanh theo nhiều mục đích khác nhau. Mức công suất âm thanh (SWL) hay mức năng lượng âm thanh là một thước đo logarit của công suất của một âm thanh so với một giá trị tham chiếu.

Mức công suất âm thanh, ký hiệu là LW và được đo bằng dB, được định nghĩa bởi:

Trong đó

• P là công suất âm thanh;
• P0 là công suất âm thanh tham chiếu;
• 1 Np = 1 là neper;
• 1 B = 1/2 ln 10 là bel;
• 1 dB = 1/20 ln 10 là decibel.

Công thức tính công suất âm thanh tham chiếu thường được sử dụng trong không khí là: 

Các ký hiệu thích hợp cho mức công suất âm thanh sử dụng tham chiếu này là Lw/(1 pW) hoặc Lw (re 1 pW), nhưng các ký hiệu hậu tố dB SWL, dB(SWL), dBSWL, hoặc dBSWL là rất phổ biến, ngay cả khi chúng không được chấp nhận bởi SI.